7.1 一维数组

前面几章介绍了程序设计的四种基本结构、数据类型和表达式的基本概念。从本章起我们将聚焦在数据的存储和应用上，并通过实际应用展示不同数据结构的使用方法。本讲先介绍数组的定义、赋初值及使用。

前面我们学习了普通变量的定义和使用方法。定义变量后，我们可以通过变量名使用对应的内存空间。如对三个变量进行排序，程序可以如下编写：

int a,b,c;int t;scanf("%d%d%d",&a,&b,&c);if(a>b){t=a;a=b;b=t;}if(a>c){t=a;a=c;c=t;}if(b>c){t=b;b=c;c=b;}printf("%d,%d,%d\n",a,b,c);

以上程序定义了三个变量，并通过键盘给每个变量赋值，然后通过if语句比较变量大小并进行变量值的交换。前两个if语句分别比较a>b与a>c,如果条件为真则交换a、b或a、c，目的是把a、b、c三个变量的最小值放在a中。第三个if语句是把b和c两个变量中找最小值交换到b中。此时，c中的值肯定是三个中最大的。可见，三个变量的排序需要3次比较和交换才能实现。

那么，如果要实现对四个变量的排序，程序怎么写？首先当然要定义四个变量a、b、c、d,然后给这四个变量赋值，为了使a得到最小值，要用3个if语句分别对a>b、a>c、a>d等进行比较，然后通过交换使最小数放在a中。然后用前述方法继续对剩下的b、c、d三个变量排序，需要3次if的比较。所以四个变变量的排序总共需要连续写6个if语句。然而，如果要对100个变量进行排序，我们要怎么做呢？当然要定义100个变量，要输入100个数给变量赋值，要做99+98+...+3+2+1次(4950)比较和交换。按三个变量排序的思路，想象一下我们的程序需要多少行？除了4950行if语句外，光100个变量的定义、输入和输出的行数少则几十行，多则上百行。显然，当处理的数据量很大的时侯，数据存储和程序带来了问题。

解决之道是使用数组。通过引入数组可以解决变量太多时命名、定义和输出等一系列问题，使程序编写更加简单。

数组是具有相同名字、相同数据类型的一组变量的集合。数组定义好后，会在内存中开辟一块连续的存储空间依次作为数组的每个元素。如图：

地址

内空空间

编号

xxx14

9

xxx12

8

xxx0F

7

xxx0D

6

xxx0B

5

xxx09

120

4

xxx07

3

xxx05

2

xxx03

1

xxx01

0

上图是一块具有20个字节的连续存储空间，可以用来分配给10个不同名字的short变量，每个变量占2字节。如10个变量定义如下：

short int a,b,c,d,e,f,g,h,i,j;

10个变量的定义我们还可对付，但100个变量的定义就太花时间了。好在我们可以把10个变量定义成数组，只需要在原来普通变量的后面加一对括号并指明变量的个数即可，如;

short int a[10];

定义了一个名为a的数组，a中的每个变量都共享同一个名字a,且具有相同的数据类型。如果要定义100个变量，只需要把“[]”中的10改为100就好了。一维数组定义的格式如下:

数据类型 数组名[整型常量表达式]

数组的数据类型可以是前面学习几种简单类型，也可以是未来要学到的指针、结构体等自定义类型。数组名的命名与变量名的命名方法一样的。整型常量表达式用以说明数组的元素个数，因此只能是整型且是非负整数，由于数组是在编译时完成内存空间的分配，所以表达式的值必须在程序运行前确定，数组定义时期括号内的整型表达式只能是常量。以下定义是正确的：

double x[10],y[10+20];

以下定义是错误的,也是编程是要避免的：

int n;float a[n]; //元素个数不确定float b[]; //没有元素

数组在函数内定义时，默认的存储类型是自动类型auto，因此数组放在栈中，数组元素个数受到栈空间大小限制。因为数组在程序执行时才自动生成，所以数组中的每一个元素存放的都是垃圾数据。在定义数组时，可以给数组每个元素赋初值，有两种方式实现。

一是把数组定义为静态的存储类，如:

static int a[100];

这样数组会在程序编译成二进制代码时定义，并且每个元素会自动被赋0值 。静态数组在程序结束前一直存在，并且只能被定义它的函数使用。

不管static或auto的数组都可以在定义的时侯赋初值，格式如：

数据类型 数组名[变量表达式]={初值列表};

以下代码定义了两个数组a和b：

int a[5]={1,2,3,4,5};int b[5]={1,2};

其中，a数组中的a[0]至a[4]分别被赋了1至5的值；b数组中初值列表中的数的个数少于数组元素，此时依次把括号中的数给前面的数组元素b[0]、b[1]赋初值，后面的数组元素b[2]至b[4]自动被赋予了0值。

还可以这样给数组赋初值:

int c[]={1,2,3,4};int d[]={};

其中，c数组没有指定整型表达式，但计算机会按初值列表的数据的个数给c自动分配4个数组元素的内存空间，并把1至4依次给数组c中的每个元素赋初值。数组d的后面括号中一个元素没有，此时会自动生成元素个数为0的数组，这个数组仅表示一个地址，无实际意义。

C语言数组定义好后，不能想当然地使用数组，初学者经常会写出代码：

int a[10]，b[10];scanf("%d",a);printf("%d",a);

以上代码试图用scanf函数给整个数组a赋值，并用printf输出整个数组a。想法很好，但这不可能实现。数组名不是一个变量，而是表示第一个数组元素的首地址（&a[0])的常量,也称首元地址。因此，上述代码虽然不会提示错误，但scanf只能完成给a的第1个变量(即a[0])赋值，printf只能以整数形式输出数组首元地址（&a[0]）。因为数组名是常量，想把一个数组的所有元素赋给另一个数组也行不能，以下赋值也是错误的：

int a[10],b[10];....b=a; (X)

那么，如何使用数组呢？即数组必先定义后使用，且只有通过逐个使用数组中变量来实现。数组中的一个变量用数组名和下标共同表示，称为下标变量或数组元素，格式如下：

数组名[下标表达式]

数组名是已定义了的数组。下标表达式可以是常量、变量或任何整型表达式，表达式的取值范围一般从0至数组元素个数减1。值得注意的是当数组下标在此范围之外时，有的C编译器不会提示错误。

如果有定义:

int a[10];

则a数组元素分别是a[0]、a[1]、a[2]、....、a[9]，分别表示数组中第1个变量（数组元素)，第2个变量,....，第10个变量。下标的取值范围只能是0至9的数或表达式，其它下标会产生越界错误！由于数组元素本质上是变量，因此，凡是变量可以使用的场景，数组元素都可以使用，如前面的三个变量的排序问题可以写成:

int a[3],t;scanf("%d%d%d",&a[0],&a[1],&a[2]);if(a[0]>a[1]){t=a[0];a[0]=a[1];a[1]=t;}if(a[0]>a[2]){t=a[0];a[0]=a[2];a[2]=t;}if(a[1]>a[2]){t=a[1];a[1]=a[2];a[2]=t;}printf("%d,%d,%d\n",a[0],a[1],a[2]);

可见对数组元素的输入、使用和输出和变量a、b、c都一样。

因为数组的下标可以是变量或合法的整型表达式，这给数组的使用带来了方便，如：

a[i] 或 a[i+1];

“[]”是取数组元素运算符。当i为5时，表示取数组的第5个元素，即a[5]。当i取6即表示取a的第6个元素。而a[i+1]表示取i元素紧挨着的后面元素。所以，对数组a的输入和输出就可以用for循环来实现了。因为n个元素的数组的下标从0至n-1，可设循环控制变量i来表示下标，其初值为0，终值为n-1,步长变化为1。给数组每个元素输入赋值的代码为：

for(i=0;i<10;i++) //设数组有10个元素     scanf("%d",a[i]);

同样要输出数组的每个元素，也用一个for循环就可以了，如:

for(i=0;i<10;i++) //设数组有10个元素     printf("%d",a[i]);

现在我们来看一个实例。

例:从键盘上输入10个数，然后输出每个数及这些数中所有偶数和。

利用上述数组的输入与输出循环代码，然后任意一个循环中增加对数组元素求和的语句就可以了，程序如下：

#include<stdio.h>int main( ){  int a[10],sum,i;  sum=0;  for(i=0;i<10;i++)    scanf("%d",&a[i]);  for(i=0;i<10;i++){       if(a[i]%2==0)           sum=sum+a[i];       printf("%d ",a[i]);  }  printf("sum=%d\n",sum);}

本节通过三个变量排序引入了数组的概念，并介绍了一维数组的使用场景、定义、占用的内存空间和赋初值的方法，以及数组元素的使用、输入和输出等。本节就讲到这里，下次再见。